轉化生長因子在后發性白內障形成機制中的研究進展

尹 青，裴 穎，左 玲

（1.吉林大學第二臨床醫學院，吉林 長春130041；2.吉林大學第二醫院，吉林 長春130041；3.吉林大學第二醫院 眼底病科）

白內障是世界范圍內的主要致盲原因，手術是白內障最主要的治療方法。早期的臨床資料顯示，后發性白內障發生率約為41%，通過近年來技術的革新和人工晶狀體材質改變，后發性白內障的發生率有所下降，約為20%－25%[1]。因此研究后發性白內障的作用機制，尋求更加有效的防治方法就意義重大。在以往的研究中發現，在后發障的形成過程中，許多細胞因子發揮重要作用，其中的轉化生長因子是近年的研究熱點，本文主要探討TGF－β在后發性白內障中的作用機制。

1 后發性白內障概述

后發性白內障（after cataract，又稱后囊膜混濁，posterior capsular opacification，PCO）是指在創傷或白內障手術后，殘留在晶狀體前囊下及赤道部上的上皮細胞增生和轉分化為成纖維細胞，并且由周邊向后囊膜的中央部遷徙、移行，同時發生轉分化的晶狀體上皮細胞可能產生膠原和基底膜樣物質，共同作用使后囊渾濁，嚴重者形成后發性白內障。從形態學上可將后發性白內障分為3種類型：纖維化型、Elschnig珍珠型、Soemmering環型。

1.1 后發性白內障形成機制

1.1.1 細胞間質轉分化作用 晶狀體上皮細胞間質 轉 分 化 （epithelial－mesenchymal transition，EMT）是指晶狀體上皮細胞由上皮細胞向間質轉分化，表達纖維連接蛋白、層粘連蛋白等其它肌成纖維細胞固有成分，出現類肌纖維母細胞樣的特征，伴隨上皮細胞極性的喪失及間質特性的獲得的主要過程[2]。當內眼組織發生缺血缺氧、炎癥、外傷和手術等刺激時均可使晶狀體的內環境發生改變，促使間質轉分化的發生。其中涉及的細胞因子主要有轉化生長因子－β、結締組織生長因子（connective tissure growth factor，CTGF）、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，FGF）等。白內障手術作為始動因素啟動眼內的炎性反應，導致房水中各種炎性細胞的沉積及釋放各種促炎和／或炎癥因子，在晶狀體后囊膜、前囊及赤道部殘留的部分晶狀體上皮細胞（lens epithelial cells，LECs）及皮質，在各種細胞因子的刺激及激活作用下發生轉分化為肌成纖維細胞并出現收縮現象。

1.1.2 晶狀體上皮細胞增殖 白內障術后，使晶狀體囊膜上及內部的細胞的完整性遭到破壞，血－房水屏障遭到破壞，導致許多的血漿成分以及細胞外基質進入前房，并且沉積于后囊膜上，為晶狀上皮細胞在后囊膜上的粘附與增殖提供了適宜的內環境，而且房水中釋放各種炎性及促炎因子，誘導晶狀體自身的創傷性愈合反應，導致LECs的增生性反應。研究已證實，晶狀體上皮細胞的增殖是PCO形成的基礎。Wormstone等[3]進行的晶狀體囊袋培養發現上皮細胞能迅速長滿囊袋，并出現囊皺縮現象，細胞聚集等明顯變化。其他研究已證實，人晶狀體上皮細胞還能產生多種細胞因子，如IL－1，IL－6，IL－8等，這些細胞因子可以介導細胞與細胞間，或與細胞外基質的信號傳導。Nishi等[4]研究了發現了IL－1a可以促進細胞的有絲分裂和膠原合成過程。LECs能夠表達B 1整合素及其他一些粘附分子，如ICAM－1，CD44等，參與在細胞與細胞間，細胞與細胞外基質間的信號傳導，能夠促進LECs的遷移與增殖，促進后發性白內障的形成[5]。

1.2 后發障的主要防治方法

1.2.1 改善手術方法及晶狀體材質 在白內障手術中行連續環形撕囊后，使其前囊口孔緣保持完整，并進行充分的水分離，使LECs清除更為徹底。通過超聲乳化技術縮短手術時間，減少手術的刺激，術前充分擴瞳，進行后囊拋光，盡量吸盡殘余皮質，但未能達到理想的防治效果。此外，通過改善人工晶體的材質，如 Acorily，水凝膠等比PMMA具有炎癥反應輕、PCO發生率低的優勢。

1.2.2 手術治療 Nd：YAG激光后囊膜切開術是目前PCO的主要治療方法[6]。但是激光手術具有一定的風險，如人工晶體損傷、虹膜炎、眼壓升高、黃斑囊樣水腫及視網膜脫離等，會造成視力下降，影響手術效果。

1.2.3 藥物治療 某些抗代謝藥物如絲裂霉素C，5－氟尿嘧啶，柔紅霉素及非甾體消炎藥雙氯酚酸鈉等用來抑制PCO的發生。但要使其發揮作用，必須使用較高的藥物濃度，這些藥物的副作用是不可避免的，會出現對角膜內皮細胞、虹膜睫狀體色素上皮細胞、視網膜細胞等的損害，因此這些藥物未能廣泛應用于臨床。

2 轉化生長因子概述

轉化生長因子（Transforming Growth Factor，TGF）是生長因子中最重要的家族之一，其主要成員有 TGF－a和 TGF－β。TGF－a是一種相對分子質量為5 600，由50個氨基酸殘基組成的單鏈多肽；TGF－β（Transforming Growth Factorβ，TGF－β）是相對分子質量為25 000，由112個氨基酸組成的多肽亞單位 ，通過二硫鍵相連組成的二聚體，其結構和功能高度保守，約有40多種相關蛋白，參與體內多種生物學反應，目前共發現有5種TGF－β的同源異構體，分別為 TGF－β1～5，但只有 TGF－β1、TGF－β2和 TGF－β3存在于哺乳動物中[7]。TGF－β受體有3種：TβRⅠ、TβRⅡ 和 TβRⅢ ，TGF－β主要通過跨膜的TβRⅠ和TβRⅡ發揮生物學作用。

2.1 TGF－β的生物學作用

TGF－β在胚胎生長發育、細胞分化、增殖及凋亡的調節中發揮著重要作用。TGF－β對許多細胞都存在調節作用。①抑制細胞的生長：TGF－β是一種多肽細胞生長抑制因子，可抑制包括間充質和髓樣細胞來源的細胞以及幾乎所有上皮細胞、淋巴樣細胞和內皮細胞的增殖、發育；②對免疫系統的影響[8]：TGF－β可抑制 T細胞和B細胞的生長，抑制B細胞產生免疫球蛋白及抑制NK細胞的毒性作用，在免疫反應中發揮免疫抑制及誘導免疫耐受的作用；③在血管發生和炎癥中的作用：TGF－β在血管生成的成熟階段參與其他相關因子的功能并放大其他因子的生物學效應，活化的巨噬細胞可分泌TGF－β，對巨噬細胞和成纖維細胞具有強趨化作用[10]；④在腫瘤等相關疾病方面：實驗研究表明，功能性TβRⅠ、TβRⅡ表達異常可導致TGF－β應答喪失進而導致腫瘤的發生，特別是TβRⅡ表達異常是機體細胞逃逸TGF－β生長抑制作用，從而致使細胞發生癌變[9]。

2.2 TGF－β作用機制概述

2.2.1 TGF－β／Smads信號轉導 TGF－β／Smads蛋白信號傳導通路為其經典傳導通路。Smad蛋白，根據其結構和功能特點分為3類：①R－Smads，包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8，它們是Ⅰ型受體激酶的底物，具有通路特異性。②Co－Smads，它通過與R－Smads結合形成異源復合物，參與核內信號傳遞。在哺乳動物中 ，Co－Smad只有1種即Smad4。③I－Smads，包括 Smad6、Smad7，它們以不同方式抑制Smads的信號轉導功能。TGF－β是通過與受體結合進行信號傳遞的，其中，Ⅲ型受體參與調節配體和受體的結合，Ⅰ型受體和Ⅱ型受體是經典的絲氨酸／蘇氨酸激酶跨膜蛋白受體。Smads的傳導過程為：TGF－β與Ⅱ型受體結形成復合物，Ⅱ型受體－配體－Ⅰ型受體形成三聚體復合物，磷酸化R－Smads，R－Smads從受體復合物上解離并形成同源寡聚體，然后與Co－Smad結合形成異源寡聚體并進入核內參與轉錄[11－13]。

2.2.2 TGF－β其他信號傳導通路 MAPK是真核細胞內廣泛存在的一類絲／蘇氨酸蛋白激酶，是TGF－β另一主要信號傳導通路。MAPK信號通路是由三級酶促級聯反應所組成的，即 MAPKKKMAPKK－MAPK。哺乳動物的 MAPK家族包括4個亞家族：即ERK（eacelluar r egulated protein kinase），JNK（c－Jun N －Terminal kse），p38，ERK5。其中p38MAPK信號傳導通路為：TGF－β與細胞膜Ⅰ型受體和Ⅱ型受體結合，然后與胞漿內TRAF6受體結合，使TAK1磷酸化，后者激活MKK3／6，最后磷酸化p38，在細胞的存活、分化和發育過程中發揮一定的作用，JNK信號通路與其相似。MAPK和Smad信號傳導通路能夠各自獨立地介導TGF－β的信號傳導，調節基因的表達，而且對某些基因的調節存在協調效應[14，15]。

TGF－β也通過PI3kinase／Akt信號傳導途徑參與細胞增殖、分化、新陳代謝及凋亡過程。在多種細胞中，TGF－β與Ⅰ型受體和Ⅱ型受體結合，激活PI3K，并與下游分子Akt的PH區結合，進而激活Akt激酶（Akt是PI3K下游的一個重要蛋白激酶），從而導致Akt構象也發生改變，并將信號從胞漿轉位到質膜，使得Ser473和／或Thr308位點磷酸化激活，在細胞增殖、分化、新陳代謝及凋亡過程發揮作用[15]。

3 TGF－β對PCO形成的作用過程

正常情況下，TGF－β在人體的房水、玻璃體和晶狀體中均有表達，并且多以無活性的形式存在，在免疫、炎癥、創傷和手術等作用被激活，活化后的TGF－β對晶狀體上皮細胞的生理性和病理性的變化起著關鍵的作用[16]。Jampel等[17]報道白內障手術后房水中 TGF－β濃度為2.3～8.1ng／m1，其中61%有活性，其中絕大部分為TGF－β2。TGF－β的3種同源異構體均可誘導晶狀體上皮細胞發生轉分化，但TGF－β2則是其中效價最高的一個亞型[18]。

3.1 TGF－β對晶狀體上皮細胞間質轉分化的影響

波形蛋白、纖連蛋白（fibronectin，FN）、A平滑肌肌動蛋白（A－smooth muscular actin，A－SMA）表達量的增多，是晶狀體上皮細胞發生轉分化的重要標志。1994年，Liu等[19]首次發現 TGF－β可誘導鼠晶狀體上皮細胞產生豐富的細胞外基質成分，之后 Hales等[20]也報道 TGF－β可誘導LECs表達α－SMA，引起晶體囊袋的皺縮，誘導LECs發生斑塊聚集和梭形變化，這些改變與PCO的病理變化非常類似。作用過程：①TGF－β／Smads蛋白信號轉導通路，TGF－β與TβRⅠ、Ⅱ結合，TβRⅠ直接通過C末端磷酸化激活Smad2和Smad3，磷酸化的Smad2和Smad3與Smad4形成三聚體，將信號轉移至細胞核，激活或抑制靶基因的轉錄。②PI3kinase／Akt信號轉導通路，TGF－β與TβRⅠ、Ⅱ結合，快速激活PI3kinase，TGF－β與PI3kinase的激活呈正相關作用，隨后磷酸化Akt，使Akt下游的mTOR激活，最后激活S6激酶1，完成信號傳遞。③還通過Ras和MAP激酶等其他信號轉導途徑，參與晶狀體上皮細胞間質轉分化過程[15]。

3.2 TGF－β抑制晶狀體上皮細胞增殖

TGF－β2是晶狀體在各種生理和病理狀態下最重要的調節因子，與囊膜下型白內障以及后發性白內障的形成有密切關系。研究發現，TGF－β2能夠干擾正常晶狀體結構并誘導晶狀體上皮細胞發生異常的生長和分化并發生凋亡，導致體外培養的大鼠晶狀體發生前囊膜下渾濁[21]。TGF－β2能夠誘導晶狀體上皮細胞發生凋亡，使晶狀體上皮細胞排列方式改變，皮質由透明變混濁，也是促進后發性白內障形成的一方面因素，但其具體作用機制尚有待研究及證實[22，23]。

3.3 縫隙連接

實驗證明晶體細胞的表面有1／3到1／2的面積被縫隙連接所占據[24]，這比其他任何體細胞膜表面縫隙連接所占的比例都要高。而且晶體是一個無血管的組織，因此認為縫隙連接對維持晶體內物質交換和代謝穩態起著關鍵的作用。已發現的縫隙連接蛋白43（connexi n43，Cx43）LECs之間、上皮細胞與晶狀體纖維交界的主要Cx，是晶狀體實現離子、第二信使、代謝產物和水在細胞間迅速交換的結構基礎。Cx43主要表達于晶狀體上皮細胞間或LECs與晶狀體纖維交界面。葉盼盼等[25]研究發現，TGF－β2顯著下調了LECs的Cx43的表達，導致細胞外基質和整合素1的過度表達，促使EMT發生，參與形成PCO。

4 展望

PCO的形成和發展是一個復雜的過程，多種細胞因子參與其形成過程，隨著細胞生物學與分子生物學的發展，轉化生長因子超家族受到了人們的高度重視，研究TGF－β這一眼內重要的細胞因子對PCO的具體作用機制，不僅對于PCO而且對于研究囊膜下型等白內障的形成機理，都具有重要的意義。

[1]Raj SM，Vasavada AR，Johar SR.Post－operative capsular opacification：a review[J].Int J Biomed Sci，2007，3（4）：237.

[2]Awasthi N，Gun S，Wagner BJ.Posterior capsular opacification，a problem reduced but not yet eradicated[J].Arch Ophthalmol，2009，127（4）：555.

[3]Wormst one IM，Liu CS，Rakic JM，et al.Human lens epithelial cell prolif erat ion in a prot ein－free medi um[J].Invest Opthalmol VisSci，1997，38（2）：396.

[4]Nishi O，Nishi K，Ohmoto Y.Synthesis of int erleukin－1，in－terleutin－6and basi c fibroblast growth f act or by human cataract lens epithelial cells[J].J Cat aract Ref ract Surg，1996，22：852.

[5]Awasthi N，Gun S，Wagner BJ.Posterior capsular opacification，a problem reduced but not yet eradicated[J].Arch Ophthalmol，2009，127.

[6]Aslam TM，Devlin H，Dhillon B.Use of Nd：YAG laser capsulotomy[J].Surv Ophthalmol，2003，48（6）：594.

[7]de Iongh RU，Gordon－Thomson C，Chamberlain CG，et al.TGF－beta receptor expression in lens：Im plications for differen tiation and cataractogenesis[J].Exp Eye Res，2001，72B649.

[8]Teicher BA，Transforming growth factor－beta and the immune response to malignant disease[J].Clin Cancer Res，2007，13（21）：6247.

[9]Juárez P，Guise TA.TGF－βin cancer and bone：implications for treatment of bone metastases[J].Bone，2011，48（1）：23.

[10]Tandon A，Tovey JC，Sharma A，Role of transforming growth factor Beta in corneal function，biology and pathology[J].Curr Mol Med，2010，10（6）：565.

[11]Saika S，Miyamoto T，Ishida I.TGFbeta－Smad signalling in postoperative human lens epithelial cells.Br J Ophthalmol[J].2002，86（12）：1428.

[12]Zang X，Chen N.MicroRNA－204－5p regulates epithelial－to－mes－enchymal transition during human posterior capsule opacification by targeting SMAD4[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2013，14，54（1）：323.

[13]Dawes LJ，Sleeman MA，Anderson IK.TGFbeta／Smad4－dependent and－independent regulation of human lens epithelial cells[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2009，50（11）：5318.

[14]Fukai Y，Fukuchi M，Masuda N，et al.Reduced ex pres sion of transforming g rowth factor－B receptors is unfavor able prog nostic factor in human esophageal squamous cell car cinoma[J].Int J Cancer，2003，104（2）：161.

[15]Jian Xu1，Samy Lamouille，TGF－β－induced epithelial to mesenchymal transition[J].Cell Research，2009，19：156.

[16]Zode GS，Sethi A，Brun－Zinkernagel AM.Transforming growth factor－β2increases extracellular matrix proteins in opticnervehead cells via activation of the Smad signaling pathway[J].Molecular Vision，2011，17：1745.

[17]Jampel HD，Roche N，Stark WJ，et al.Transforming growth factor－βin human aqueous humor[J].Current Eye Research，1990，20（2）：330.

[18]Awasthi N，Gun S，Wagner BJ.Posterior capsular opacification，aproblem reduced but not yet eradicated[J].Arch Ophthalmol，2009，127（4）：555.

[19]Liu J，Hales AM，Chamberlain CG.Induction of cataract－like changes in rat lens epithelial explants by transforming growth factor－beta[J].Investigative Ophthalmology，1994，35（2）：388.

[20]Hales AM，Chamberlain CG，McAvoy JW.Cataract induction in lenses cultured with transforming growth factor－beta[J].Investigative Ophthalmology，1995，36（8）：1709.

[21]Zhu H J，Burgess AW.Regulation of transforming growth factor－betas i gna li ng[J].Mol Cell Biol Res Commun，2001，4B321.

[22]Nishi O，Nishi K，Akura J，et al.Effect of round－edged acrylic intraocular lenses on preventing posterior capsule opacification[J].J Cataract Refract Surg，2001，27（4）：608.

[23]Awastbi N，Wang－Su ST，Wagner BJ.Downregulation of MMP－2and－9by proteasome inhibition：apossible mechanism to decrease LECmigration and prevent posterior capsular opacification[J].Invest OphthalmolVis Sci，2008，49（5）：1998.

[24]李丹丹，張衛澤.轉化生長因子對大鼠心房纖維化和縫隙連接蛋白4 0重構的影響[J].中華心血管病雜志，2011，5（5 9）：489.

[25]葉盼盼，姚 克，譚 健，et al.TGF－β2 對晶狀體上皮細胞增生和上皮間質轉分化的實驗研究[J].眼科研究，2007，25（11）：809.